CN103374857B

CN103374857B - 施胶剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103374857B
Application number: CN201210105944.6A
Authority: CN
Inventors: 王仁荣; 张明; 吴勇; 许立兵
Original assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Current assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2032-04-11
Also published as: CN103374857A

Abstract

一种施胶剂的制备方法，包括步骤：(1)取若干淀粉；(2)取淀粉绝干量20-120％的颜料，该颜料为由水合铝硅酸盐构成的矿物，粒径控制在小于1μm的含量为95-99％，或者该颜料为经过电荷处理后的片状结构的滑石粉，粒径控制在小于2μm的含量不小于95％，或者该颜料为粒径控制在小于2μm的含量不小于60％的重质碳酸钙，或者该颜料为平均粒径为0.35-0.45μm的轻质碳酸钙；(3)取淀粉绝干量0.2-3％的交联剂，该交联剂为氨基树脂、碳酸锆铵、聚酰胺环氧树脂、聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂、聚酰胺聚脲树脂、乙二醛、三聚氰胺乙二醛；(4)将该淀粉、颜料及交联剂加水混合后共同蒸煮，蒸煮温度在100～130℃，蒸煮聚合时间为40-60min。另外，本发明还揭示了一种通过该制备方法制得的施胶剂。

Description

施胶剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及造纸领域，尤其涉及一种造纸用的施胶剂及其制备方法。

背景技术

在造纸工艺中，纸张抗水性、覆盖性能及强度方面性能主要通过施胶剂对纸张进行内部施胶及表面施胶的方式来控制，现有的施胶剂是通过淀粉与不同类型的上胶剂复配组成，该上胶剂选自烷基烯酮二聚物(Alkyl Ketenedimmers，AKD)衍生物、苯乙烯/丙烯酸脂共聚物、苯乙烯/亚克力共聚体分散液、烷基烯酮二聚物/烷基磺酸酯(Alkylsulfonic Acid Ester，ASE)共聚物等。然而，这类施胶剂对纸张性能提升非常有限，例如，采用50-100重量份的淀粉加1-10重量份的上述上胶剂配制的施胶剂对原纸进行表面施胶，纸张抗水性能仅提高5-10％的水平。若要在较大范围内提升纸张抗水性、覆盖性能及强度方面的性能，而需要采用高价位的增强剂药品，如采用分子量为10000-30000的聚乙烯醇、瓜尔胶等，但这些增强药品因价位较高，在提高纸张强度的同时，亦带来成本的上升。

为解决上述问题，业界同时有使用淀粉与颜料的组合乳液来替代施胶剂对纸张进行施胶，但这种组合乳液稳定性不够，其胶液与颜料易分层，具有磨损施胶辊的风险，长期高速运转对造纸系统控制及抄造的顺畅呈负面影响。

发明内容

有鉴于此，实有必要提供一种生产成本低且稳定性高的施胶剂及其制备方法。

一种施胶剂的制备方法，包括步骤：

(1)取若干淀粉；

(2)取该淀粉绝干量20-120％的颜料，该颜料为由水合铝硅酸盐构成的矿物，粒径控制在小于1μm的含量为95-99％，或者该颜料为经过电荷处理后的片状结构的滑石粉，粒径控制在小于2μm的含量不小于95％，或者该颜料为粒径控制在小于2μm的含量不小于60％的重质碳酸钙，或者该颜料为平均粒径为0.35-0.45μm的轻质碳酸钙，再或者该颜料为前述四者中任意几种的混合物；

(3)取该淀粉绝干量0.2-3％的交联剂，该交联剂为氨基树脂、碳酸锆铵、聚酰胺环氧树脂、聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂、聚酰胺聚脲树脂、乙二醛、三聚氰胺乙二醛中的一种或几种的混合物；

(4)将该淀粉、颜料及交联剂加水混后共同蒸煮；或者将该淀粉与颜料加水混合后共同蒸煮，然后再与交联剂混合；再或者将该淀粉单独蒸煮，然后再与交联剂及颜料混合；蒸煮温度在100～130℃，蒸煮聚合时间为40-60min。

一种施胶剂，该施胶剂为通过上述的施胶剂的制备方法制备。

本发明中的施胶剂的制备方法中，淀粉及颜料均为廉价易得的原料，因此，产生成本相对较低。另外，所得施胶剂中的交联剂淀粉有胶粘反应，使胶液与颜料不易分层，从而使施胶剂具有较高的稳定性，进而可以改善施胶后涂布纸的印刷性等，不会对造纸系统控制及抄造的顺畅产生负面影响。

具体实施方式

本发明中的施胶剂主要由淀粉、交联剂及颜料制成，该施胶剂的制备方法主要包括以下步骤：

(1)取若干淀粉，如玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉、马铃薯淀粉等其中的一种或几种的混合物。

实际应用中，可以通过选择淀粉颗粒的形态，以及淀粉中直链、支链的比例，来达到使该施胶剂能更好提升纸张的各物性的目的。如，该淀粉颗粒的形态优选为多边形、卵形、圆形中的一种或几种，以及该淀粉优选直链为17～30％，支链为70～83％的淀粉，或进一步优选直链为18～25％，支链为75～82％的淀粉。另外，该淀粉的粒径为常用淀粉粒径，如5～100μm。

(2)取淀粉绝干量的20-120％的颜料，该颜料为由水合铝硅酸盐构成的矿物，如高岭土，粒径控制在小于1μm的含量为95-99％；或者该颜料为经过电荷处理后的片状结构的滑石粉，粒径控制在小于2μm的含量不小于95％；或者该颜料为重质碳酸钙(GCC)，粒径控制在小于2μm的含量不小于60％，再或者为平均粒径控制为0.35-0.45μm的轻质碳酸钙(PCC)，以及或者为上述四种中任意几种的混合物。

(3)取淀粉绝干量的0.2-3％的交联剂，该交联剂可以为：氨基树脂，如尿素甲醛树脂(UF)及三聚氰胺甲醛树脂(MF)；金属盐类，如碳酸锆铵；聚酰胺环氧树脂、聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂；聚酰胺聚脲树脂(PAPU)，如聚酰胺聚尿素甲醛树脂、聚酰胺聚脲环氧氯丙烷树脂；乙二醛、三聚氰胺乙二醛等其中的一种或几种的混合物。

(4)将上述量取的淀粉、颜料及交联剂混合，加水，控制其固含量在20-50％，在100～130℃条件下蒸煮聚合，三者混合蒸煮，蒸煮时间40-60min；蒸煮过程中进行充分搅拌，搅拌速度控制在50-100转/分钟(rpm)，反应结束后即可得本发明中的施胶剂。

上述淀粉、颜料及交联剂混合物固含量控制为20-50％，是为保证反应后的乳液的稳定，使其有较好的流动性能，确保上机时的抄造稳定性能。蒸煮温度控制为100～130℃，高于这个温度，淀粉过度乳化，出现有乳液气泡、颜色变黑，强度变低等状况；低于这个温度，淀粉与胶粘剂等未能反应完全，导致乳液不安定，胶粘力弱，施胶效果差。蒸煮时间的变动影响亦与温度类似。

上述蒸煮过程为将淀粉与颜料及交联剂混合后共同蒸煮，实际应用中，还可以先将淀粉蒸煮后再与颜料、交联剂混合，或者先将淀粉与颜料蒸煮后再与交联剂混合制得本发明中的施胶剂。

上述制备方法中，淀粉、交联剂及颜料均为廉价易得的原料，因此，产生成本相对较低。另外，所制得的施胶剂中的交联剂对淀粉有胶粘反应，使胶液与颜料不易分层，因此，该施胶剂具有较高的稳定性，不会对造纸系统的控制及抄造的顺畅产生负面影响。该施胶剂用于纸张内部施胶时，能够有效提升纸张灰分保留，施胶度、面感及强度。应用在纸张表面施胶时，纸张抗水性能提升10-20％，表面面感提升1-4个等级，强度提升1-3个等级，同时有利于成品纸印刷网点还原、表层细腻性以及抗发花性能等品质提升。

以下以具体实施例对该施胶剂的制备方法作进一步说明。

实施例一：

取直链为20％，支链为80％的淀粉100克，粒径小于2μm在60％以上的重质碳酸钙颜料20克，聚酰胺聚尿素甲醛树脂0.5克，加水使固含达到30％。在充分混合的基础上，进行蒸煮，温度100-110℃，时间40min，搅拌速度70rpm。采用该乳液对纸张施胶，所用纸张为原纸，纸张定量67g/m²，施胶量为8g/m²，效果如下：

注：RI强度，纸张表面强度，是指纸张表面纤维、胶料、填料间或纸张表面涂料粒子间及涂层与纸基之间的结合强度，它表示了纸张在印刷过程中抗油墨分裂力的能力。测试方法为：将待评估纸张裁成1.5*21cm大小，采用黑色油墨15号，60转3遍，在RI-III测试仪器上进行纸张RI强度测试。将印刷后纸样与对照标准版(1-10个等级，越大表示RI强度越好)进行比对，打分，观察纸张表面涂层掉粉状况；

Vessel picking，纤维发生，对印刷时有点状物脱落造成转印白点进行表征，一般点数越多，纸张Vessel picking越大。测试方法：将待评估A4纸样，采用黑色油墨15号，60转1遍，在RI-III测试仪器上进行纸张Vessel picking测试。通过统计印刷纸张表面掉白点数量判断纸张Vessel picking好坏。

Cobb，指纸和纸板表面吸水性，亦称为纸张表面吸收重量，一般重量越大表示纸张吸收性越强。测试方法：将待测试纸张裁成10cm²大小，倒入100ml水，吸收45s后将水倒掉，用吸水纸张将纸张表面水吸干，比较前后纸张重量差；

PDA表面抗水性特征值“Max.”：描述表面施胶度。测试方法：用标准取样板取待测纸样，放入PDA瞬间测试仪器中进行纸张瞬间抗水性能的测试，观察水刚渗透到纸张表面时的时间。一般而言，数据越大表示纸张瞬间抗水性能越好；

面感：此处为显微镜下肉眼观察，观察涂料对纸张表面的覆盖性能。测试方法：将纸张放置在显微镜下放大20倍，观察纸张表面涂料覆盖状况，对比标准版(1-10个等级，越大表示纸张面感越好)打分。

实施例二：

选择直链为17％，支链为83％的淀粉80g蒸煮，温度控制在110-120℃，时间50min，搅拌速度90rpm，并与平均粒径小于1.4μm的轻质碳酸钙颜料60g，碳酸锆铵2g加水调整固含至40％，充分混合，采用所得乳液进行纸张的施胶，所用纸张为原纸，纸张定量82g/m²，施胶10g/m²，效果如下：

实施例三：

选择直链为25％，支链为75％的淀粉100g，粒径小于1μm在95％以上的高岭土颜料120g，聚酰胺环氧树脂交联剂2g，加水调整固含至50％，在充分混合的基础上，进行蒸煮，温度控制在120-130℃，时间60min，搅拌速度100rpm。采用乳液进行纸张的施胶，所用纸张为原纸，纸张定量110g/m²，施胶量为12g/m²，效果如下：

实施例四：

选择直链为30％，支链为70％的淀粉100g，以及经过电荷处理后的片状结构的且粒径控制在小于2μm的含量不小于95％的滑石粉60g充分混合，然后蒸煮，温度控制在110-120℃，时间50min，搅拌速度90rpm，加入聚酰胺环氧树脂交联剂5g，加水调整固含至40％，采用乳液进行纸张的施胶，所用纸张为原纸，纸张定量78g/m²，施胶量为8g/m²，效果如下：

由以上实施例所得的物性结果对比可知，以本发明中的施胶剂取代现有的施胶剂进行施胶，所得涂布纸张抗水性(PDA)、印刷性(RI强度、Vesselpicking)及表面面感均有所提升，吸水性(Cobb)有所降低，另外，该施胶中的交联剂对淀粉有胶粘反应，胶液与颜料不易分层，使该施胶剂具有较高的稳定性，因此，不会对造纸系统控制及抄造的顺畅产生负面影响。

Claims

1.一种施胶剂的制备方法，包括步骤：

(1)取若干淀粉；

(3)取该淀粉绝干量0.2-3％的交联剂，该交联剂为乙二醛、三聚氰胺乙二醛中的一种或几种的混合物；

2.如权利要求1所述的施胶剂的制备方法，其特征在于：该淀粉的颗粒形态为多边形、卵形、圆形中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的施胶剂的制备方法，其特征在于：该淀粉中直链为17～30％，支链为70～83％。

4.如权利要求3所述的施胶剂的制备方法，其特征在于：该淀粉中直链为18～25％，支链为75～82％。

5.如权利要求1所述的施胶剂的制备方法，其特征在于：该由水合铝硅酸盐构成的矿物为高岭土。

6.如权利要求1所述的施胶剂的制备方法，其特征在于：该淀粉、颜料及交联剂混合加水混合控制其固含量在20-50％。

7.如权利要求1所述的施胶剂的制备方法，其特征在于：蒸煮的同时进行搅拌，搅拌速度控制在50-100转/分钟。

8.一种施胶剂，其特征在于：该施胶剂为通过权利要求1至7中任意一项所述的施胶剂的制备方法制备。